Valorización de biomasa en productos químicos: hidrogenación de disoluciones acuosas de 5-hidroximetilfurfural en un reactor de lecho fijo utilizando catalizadores heterogéneos basados en nano partículas de metales no nobles

Abstract

[ES] En los últimos, años una de las aproximación más importantes para la valorización de biomasa en productos químicos de alto valor añadido ha sido mediante la transformación de lo que se denominan moléculas plataforma. Entre estos compuestos, el 5-hidroximetilfurfural (HMF), proveniente de la deshidratación de hexosas en medios ácidos acuosos, se ha mostrado como una de las moléculas plataforma más prometedoras debido a su gran versatilidad para su transformación en productos de mayor valor. En este trabajo y siguiendo los objetivos de la Química Sostenible, se ha realizado el estudio de la hidrogenación catalítica del 5-hidroximetilfurfural en dos productos de alto valor añadido como son: 2,5-bis-(hidroximetil)furano (BHMF) y 2,5-bis(hidroximetil)tetrahidrofurano (BHMTHF). Ambos compuestos son dioles de gran interés como monómeros alternativos a los provenientes del petróleo, así como intermedios de reacción para la preparación de una amplia variedad de compuestos de química fina. Para ello se han utilizado como catalizadores heterogéneos nanopartículas de metales no nobles (como Co y NiCo), recubiertos de una pequeña capa de carbón, como alternativa a los metales nobles mucho más escasos y caros. Los catalizadores se han preparado a partir de los oxidos metálicos correnpondiente y glucosa como fuente de carbón mediante un tratamiento hidrotermal. Las nanopartículas metálicas se han caracterizado por difracción de rayos X y microscopia electrónica de barrido.Las reacciones se han llevado a cabo en continuo en un reactor de lecho fijo utilizando agua como disolvente benigno. Se han optimizado el catalizador y las condiciones de reacción y se ha mostrado que modificando las condiciones de reacción es posible seleccionar la reducción del HMF en BHMF o en BHMTHF. Además, el catalizador resulta altamente estable en el medio acuoso

[EN] In recent years, an important approach for the valorization of biomass into high value added chemicals is through the transformation of the so-called platform molecules. Among these compounds, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), obtained from the dehydration of hexoses in aqueous acid medium, represents one of the most promising platform molecules due to its great versatility for transformation into valuable chemicals. In this work and following the objectives of the Sustainable Chemistry, we have performed the study of the catalytic hydrogenation of 5-hydroxymethylfurfural in two products with high added value such as: 2,5-bis-(hydroxymethyl)furan (BHMF) and 2 ,5-bis(hydroxymethyl)tetrahydrofuran (BHMTHF). Both compounds are diols of great interest as alternative monomers to those from petroleum, as well as reaction intermediates for the preparation of a wide variety of fine chemicals. To this end, non-noble metal nanoparticles (such as Co and NiCo) coated with a small layer of carbon have been used as heterogeneous catalysts, as an alternative to much scarcer and more expensive noble metals. The catalysts have been prepared starting from the corresponding metal oxides using glucose as a source of carbon through a hydrothermal method. The prepared nanoparticles have been characterized by DRX and TEM images. The reactions have been carried out in a flow mode in a fixed bed reactor using water as a green solvent. The catalysts and the reaction conditions have been optimized and it has been shown that by modifying the reaction conditions it is possible to select the reduction of the HMF to BHMF or to BHMTHF. In addition, the catalyst is highly stable in the aqueous medium.